انتخاب صفحه

مقدمه
مکانیک سیالات به عنوان یکی از قدیمی ترین شاخه های علم فیزیک، اساس درک بسیاری ازعلوم آاربردی و مهندسی بوده و در ارتباط با حرآت جریان و تعادل سیالات تحقیق و بررسی می-آند این علم موضوع بسیاری از علوم به ویژه بیولوژی، مهندسی پزشکی، فیزیک سماوی، فیزیکپلاسما، اقیانوس شناسی و شیمی – فیزیک میباشد. از قرن نوزدهم آه هیدرولیک به صورت یک علمدر مهندسی عمران و آرشیتکت آشتی عنوان شد، دامنه مکانیک سیالات به طور مداوم در مهندسیگسترش یافته است. توسعه مهندسی آیروناتیک (هوا فضا), مکانیک و بیوشیمی در دهه های گذشته ازیک طرف و جستجوهای علمی در فضا در چهل سال گذشته از طرف دیگر، تحرک بسیار زیادی درمکانیک سیالات به وجود آورده است، به طوری آه در حال حاضر به عنوان یکی از مطالب بسیارمهم آلی و پایه های اصلی علوم میباشد.تحقیق ات جدی د بخش دینامی ک سیالات آن ب ه مسائلی چ ون پ رواز در س رعت های بسیار ب الا(سرعت های ابرصوتی ), هیدرودینامیک مغناطیسی، پیش بینی چند روزه و هفته ای هوا و جریانخون در قلب، رگها و مویرگها و غیره آشیده شده است. همچنین در بسیاری از موارد لازم استآه این علم توام با دانستن علوم دیگر مانند ترمو دینامیک، انتقال حرارت، بیولوژی و پزشکی باشد.در مهندس ی بررس ی تم ام ماش ین آلات، دس تگاه ه ا و س اختمان ه ایی آ ه در رابط ه ب ا س یالمخصوصًاً آب و هوا عمل می آنند مثل: توربین، پمپ، آانال، سد، بندر، موشک، هواپیما، آشتی وخطوط مایع و گاز در لوله و تجزیه و تحلیل جریان در موتور و مبدل های حرارتی و طرح وسایلحم ل و نق ل و مس افرت ه وایی و دری ایی حت ی حم ل و نق ل زمین ی بس تگی ب ه تئ وری ه ای مکانی کس یالات دارد. ش اید روزی ف رار رس د آ ه حت ی بت وان ب ه ط ور دقی ق اتفاق اتی مانن د س یل، طوف ان وگردباد و وضع دراز مدت آب و هوا را به آمک علم مکانیک سیالات پیش بینی آرد.مطالعه همه جانبه سیالات را میتوان به سه بخش استاتیک، سینماتیک و دینامیک سیالات تقسیمآرد. در حالت اول المانهای سیال نسبت به یکدیگر ساآن میباشند. توزیع فشار استاتیکی را در اینحالت میتوان از طریق تحلیل سیال ساآن به دست آورد. در سینماتیک مطالعه سرعت و شتاب درانتقال,چرخش و نرخ تغییر شکل ذرات سیال بدون در نظر گرفتن نیروها صورت میگیرد و اینمطالعه تصویری آلی از حرآت ذرات سیال میدهد. به دلیل وجود نیروهای داخلی بین ذرات سیالآه به نوبه خود در سرعت و شتاب اثر میگذارد اغلب لازم است آه حرآت ذرات سیال به وسیلهآنالیز دینامیکی تجزیه و تحلیل شود، تا اثرات سیال و محیط پیرامون آن در حرآت به دست آید.الیز دینامیکی شامل بررسی نیروهایی است آه ذرات سیال در طول حرآت بر یکدیگر و بر جدارجامد همجوار وارد میآنند.در این پایاننامه آنالیز دینامیکی میدان جریان غیرقابل تراکم توسط روش عددی حجم محدودو با استفاده از المانبندی غیرساختاریاف تۀ ورونوی انجام شده است، تا به این طری ق قدمی هرچندکوچک در راستای افزایش دقت و کارایی مدلسازی جریان انجام شده باشد. امید است این تلاشزمینهساز فعایتهای آتی در راستای ارتقاء توان مدلسازی و بررسی میدانهای جریان گردد.

فهرست مطالب

چکیده ……………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه. …………………………………………………………………………………………………………..2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

– فصل اول: پیشگفتار …………………………………………….. ۴

م اده ب ر س ه ن وع م ی باش د: جام د١، م ایع٢، گ از٣ (و همچن ین در دماه ای بس یار زی اد م اده ب هصورت پلاسما۴ وجود دارد). به موادی که در فاز مایع یا گاز میباشند سیال۵ اتلاق میشود و اختلاف فاز جامد با سیال در توانایی مقاوت در برابر تنش مماسی۶ است که تمایل به تغییر شکلدادن آن دارد. جامد با تغییر شکل دادن میتواند در برابر تنش مماسی مقاومت نماید و این در حالیاست که سیال در برابر این نوع از تنش هر اندازه هم که مقدار آن کوچک باشد به طور دائمی تغییرش کل م یده د. در جام دات ت نش متناس ب ب ا ک رنش م ی باش د ول ی در س یالات ت نش متناس ب ب ا ن رخ کرنش٧ میباشد.زندگی آدمی در ارتباط تنگاتنگ با سیالات مختلف میباشد، اتمسفری که ما را احاطه کرده،خونی که در رگهایمان جاری است، هوایی که تنفس میکنیم و آبی که مینوشیم، نیرویی که هواپیمارا بلن د م یکن د و کشتی را شناور، ت وربین را م یچرخان د و موش ک را ب ه جل و م یران د، سیلی ک ه ویران میکند و رودی که تمدنهای کهن را میسازد، گردآب و گردبادهای مخرب، جریانهای عظیمبین اقیانوسی و نیز نسیمی که برگها را نوازش میکند، همه نمونههایی هستند از این ارتباط نزدیککه به طور روزمره با آنها مواجهایم و یا اخبارش را در گوشه کنار دنیا میشنویم . همچنین حرکتس یال و انتق ال ح رارت نق ش اساس ی در تقریب ًاً تم امی روش های تولی د نی رو، ماش ینه ای الکتریک ی، آلودگی طبیعت و تغییرات آب و هوا ایفا میکند. و اما از بین تمامی سیالات از روغن و گدازه و هواو خون و قیر و خمیردندان و جیوه و عطر و غیره تنها در این پایاننامه به آب و آنهم در شرایطایدهآلی که با فرضهای ساده کننده همراه شده است پرداخته میشود.

– مقدمه ……………………………………………………………………………………………………. ۴
1-2- ضرورت مسأله …………………………………………………………………………………………… ۴
1-3- هدف از انجام تحقیق ……………………………………………………………………………………. ۵
١-۴- دست آورد ……………………………………………………………………………………………….. ٧
١-۵- مباحث پیشرو …………………………………………………………………………………………… ٧

سرریز پلکانی گامبیونی در برزیل

سرریز پلکانی گامبیونی در برزیل

 

– فصل دوم: مرروی بر تحقیقات انجام شده …………………١٠

شاید بتوان آغاز مطالعه جریانهای سیال های لزج را در دوران باستان دانست، زیرا احتماًلاًاز زمان ماقبل تاریخ سلاح های انسان ها از چوب ها و سنگ های ساده تبدیل به پیکانهای پرک دار و آشیده و نیزه های سنگین شده اند. می توان ادعا آرد آه انسانهای اولیه در واقع مسائلی از مقاومت جریانهای لزج را یافته و آنها را حل آرده اند. حل دقیق مسأله سیال لزج در ابتدا توسط ریاضیدان یونانی، ارشمیدس (٢٨٧ تا ٢١٢ قبل ازمیلاد) در دو اصل شناوری وی ارائه شد . بعد از آن، برای به دست آوردن معادلاتی برای نیرویشناوری روی اجسام با شکل های مختلف، ارشمیدس در واقع نسخه ای از حساب دیفرانسیل را ایجادآرد. تقریبًاً در همین زمان، رومی ها در حال ساخت سیستم های بزرگ تأمین آب خود بودند و دراین حین به طور شهودی به درآی از مقاومت لزجی در مجراهای بزرگ دست یافته بودند. گرچه،رومیها آارهای اندآی در زمینه حل اصولی این مسأله انجام دادند ولی در واقع هیچ پیشرفت قابلتوجهی در زمینه اصطحکاک آانالها تا تحقیقات شیزی١ در ٨۶١٧ وجود ندارد [٣۶]. از زمان تولد حضرت مسیح (علیه السلام ) تا قرن پانزدهم همانند دیگر زمینههای علم، درزمینه تحلیل جریان ها آارهای اندآی صورت گرفت. اما حدس و گمانها و خرافاتی آه در این دورهایجاد ش د نقش اساس ی در روشن ش دن مطالبی داشت آه بزرگان دوره رنسانس آنها را یافتن د . در ٠٠۵١، معادله بقای جرم برای جریان لزج یک بعدی تراآم ناپذیر توسط لئوناردو داوینچی به طوردقیق به دست آمد. نوشته های لئوناردو همچنین شامل طرح ها و توضیحاتی از حرآت موج، پرشهی درولیکی، ج ت ه ای آزاد، تش کیل گرداب ه در پش ت اجس ام دوار، آ اهش پس ا٢ ب ا بررس ی خط وطجریان و توزیع سرعت در یک گرداب می باشد. ق دم ب زرگ بع دی توس ط ت وریچلی ٣ (٠٨۶١-٧۶۴١) برداش ته ش د آ ه در س ال ۶۴۴١ تئ وری خود را به این صورت بیان آرد: سرعت جریان یک مایع خروجی از سوراخ یک مخزن، برابر سرعتی است آه مایع هنگام سقوط از سطح آزاد خود به آن می رسد . توریچلی این آشف را تقریبًاًغیرآاربردی دانست، اما تاریخ مخالف این نظر بود و این اصل به طور غیرمعمولی جالب توجهاست، زیرا یکی از محدود پدیده های جریان است آه اثر لزجت در آن وجود ندارد. نتایج بالا به طور مستقیم به حرآت سیالات لزج مربوط نمی شوند . یعنی، این محققان اولیهاحتماًلاً سیالی را مطالعه می آردند آه فکر می آردند غیرلزج یا آامل است؛ اما نتایج آنان برای یکسیال لزج یا واقعی نیز پابرجا بود. اولین مطالعه مستقیم بر روی اصطکاک سیال احتماًلاً توسط ماریوت۴ (٢٠۶١-۴٨۶١) انجام گرفت. نوشته های ماریوت۵ در سال ۶٨۶١ منتشر شد، و این یکسال قبل از تحقیق بینظیر نیوتن بود (در ٨٧۶١ نیوتن اصل خود را منتشر آرد، جمله ساده ای آه رفتار لزج تقریبًاً تمامی سیالاترا نشان می داد: »مقاومت ایجاد شده در اثر فقدان روان بودن یک سیال- بقیه شرایط یکسان فرضشده اند- متناسب است با سرعت ی آه اجزای سیال با آن سرعت از یکدیگر جدا می شوند «. سیالاتینظیر آب و هوا آه مثال های بارزی هستند اآنون به احترام او، سیال نیوتنی خوانده می شوند . با قانون لزجت خطی پیشنهاد شده، نیوتن اولین تحلیل جریان لزج را با به دست آوردن توزیع درستسرعت در اطراف یک استوانه چرخان انجام داد [٣].

– گذری بر تاریخ علم مکانیک سیالات ………………………………………………………………….. ١٠
2-2- مروری بر روش حجم محدود …………………………………………………………………………. ١٢
2-3- سرریز پلکانی …………………………………………………………………………………………… ١٣
2-3-1 – سرگذشت سرریز پلکانی ……………………………………………………………………………١۴
2-3-2 – تحقیقات آزمایشگاهی ……………………………………………………………………………….١۶
2-3-3 – مطالعات عددی ………………………………………………………………………………………..١٩
٢-٣-۴ – خلاصه فعالیتهای انجام شده ………………………………………………………………………..٢١

3- فصل سوم: تحلیل دیفرانسیلی میدان جریان بر روی سرریز ……٢٣

در این بخش معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت سیال یعنی معادله پیوستگی (اصل بقاء جرم ) و معادلات ناویر استوکس (قانون دوم نیوتن ) استخراج و شرح داده شدهاند . این معادلات بر میدانجری ان ح اکم م یباش ند و چناچ ه آنه ا ح ل ش وند جزئی ات جری ان را م ی ت وان در ه ر مح ل دلخ واهی بدست آورد. متأسفانه اغلب معادلات دیفرانسیلی که در مکانیک سیالات وجود دارند حلشان بسیارمشکل بوده و اغلب برای حل آنها نیاز به کامپیوتر میباشد و چنانچه لازم باشد باید این معادلات رابا معادلات حالت٢، انرژی و انتقال خواص٣ نیز همراه نمود. اگر برای بررسی پدیدهای شامل حرکت سیال از روش حجم کنترلی۴ یا سیستم باز۵ استفادهش ود، تنه ا اطلاع ات کل ی از نیروه ا، س رعته ا و دیگ ر پارامتره ا بدس ت م یآی د و در واق ع پارامترهای جریان در درون حجم کنترلی بزرگ در نظر گرفته شده غیر قابل اندازهگیری می باشند . به عنوان مثال چنانچه سرعت در مرزهای حجم کنترلی که در اطراف یک دیش ماهواره قرارگرفته است معلوم باشد (مطابق شکل ٣-١ الف )، می توان نیرویی را که بر دیش وارد میشود رامحاسبه نمود بدون اینکه اطلاعاتی از جزئیات هندسه آن دیش در اختیار باشد ولکن نمیتوان درمورد جزئیات جریان در درون حجم کنترلی اطلاعاتی بدست آورد، حجم کنترلی به مانند یک جعبهسیاه۶ عمل مینماید. از سوی دیگر تحلیل دیفرانسیلی شامل به کاربردن معادلات دیفرانسیل جریان سیال در هرنقطهای از میدان جریان٧ در منطقهای به نام ناحیه جریان٨ می شود . روش تحلیل دیفرانسیلی را بهاین صورت میتوان تعبیر کرد که ناحیه جریان را به تعداد زیادی حجم کنترلی کوچک تقسیم می-کنیم که در حد تعداد آنها به سمت بینهایت میل میکند و هریک حول یک نقطه در ناحیه جریان واقعشده است. به این ترتیب معادلات بقاء به یک دسته از معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) ساده می-شوند که در هر نقطه از میدان جریان معتبر و حاکم میباشند.

– پیشگفتار …………………………………………………………………………………………………. ٢٣
3-2- اصل بقاء جرم (معادلۀ پیوستگی) ……………………………………………………………………… ٢۴
3-2-1 – بدست آوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از تئوری دایورژانس ………………..٢۵
3-2-2 – بدست آوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از حجم کنترلی حدی……………….٢۶
3-2-3 – شکل دیگر معادلۀ پیوستگی ………………………………………………………………………….٣٠
3- ٢-۴ – معادلۀ پیوستگی در مختصات استوانه ای ………………………………………………………….٣٠
٣-٢-۵ – شرایط خاص معادلۀ پیوستگی ………………………………………………………………………..٣١
3-3- اصل بقاء مومنتم خطی (معادلۀ کوشی) ………………………………………………………………. ٣٣
3-3-1 – بدست آوردن معادلۀ دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط تئوری دیورژانس ………….٣۴
3-3-2 – بدست آوردن معادلۀ دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط حجم کنترلی حدی ……….٣۶
3-3-3 – شکل دیگر معادلۀ کوشی ……………………………………………………………………………….٣٩
3- ٣-۴ – بدست آوردن معادلۀ دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط قانون دوم نیوتن ………….۴٠
٣-۴- معادلات ناویر – استوکس ……………………………………………………………………………………. ١
٣-۴-١ – پیشگفتار ………………………………………………………………………………………………….۴١
٣-۴-٢ – سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی ……………………………………………………………………….۴٣
٣-۴-٣ – بدست آوردن معادلات ناویر – استوکس برای جریان غیرقابل تراکم و همدما ………………………۴۵
٣-۴-۴ – معادلات پیوستگی و ناویر – استوکس در سیستم مختصات کارتزین ………………………………۴٨
٣-۴-۵ – معادلات پیوستگی و ناویر – استوکس در سیستم مختصات استونه ای …………………………..۴٩

۴- فصل چهارم: روش حجم محدود برای حل معادلات جریان ……………………۵٢

۴-١- توصیف ریاضی پدیدههای فیزیکی ……………………………………………………………………. ۵٢
۴-١-١ – مفهوم معادله دیفرانسیل ……………………………………………………………………………۵٢
۴-١-٢ – بقاء خاصیتهای شیمیایی ……………………………………………………………………………۵٢
۴-١-٣ – معادلۀ انرژی …………………………………………………………………………………………۵٣
۴-١-۴ – معادلۀ مومنتم ………………………………………………………………………………………..۵٣
۴-١-۵ – معادلۀ انرژی جنبشی توربولانسی …………………………………………………………………۵٣
۴-١-۶ – معادله دیفرانسیل عمومی …………………………………………………………………………..۵۴
۴-٢- انتخاب صحیح سیستم مختصات ………………………………………………………………………..55
۴-٢-١ – مختصات یکطرفه و دوطرفه …………………………………………………………………………..۵۵
۴-٣- روشهای عددی جهت حل معادلۀ دیفرانسیل حاکم ………………………………………………..56
۴-٣-١ – گسستهسازی …………………………………………………………………………………………..۵۶
۴-٣-٢ – حل معادلات گسسته …………………………………………………………………………………..۵٩
۴-٣-٣ – خصوصیات روش های عددی ………………………………………………………………………….۶٣
۴-۴- گسستهسازی معادله دیفرانسیل عمومی …………………………………………………………… ۶۶
۴-۴-١ – انتشار …………………………………………………………………………………………………..۶٧
۴-۴-٢ – افزایش یا کاهش سرعت تغییرات متغیر وابسته ……………………………………………………٧٧
۴-۴-٣ – همرفت – انتشار ……………………………………………………………………………………….٧٨
۴-۵- محاسبۀ میدان جریان ……………………………………………………………………………………. ٩۵
۴-۵-١ – مشکلات پیشرو ………………………………………………………………………………………..٩۶
۴-۵-٢ – راه حل شمارۀ ١: شبکۀ جابجا شده …………………………………………………………………٩٨
۴-۵-٣ – راه حل شمارۀ ٢: شبکۀ جابجا نشده ……………………………………………………………… ١٠٠
۴-۵-۴ – تصحیح میدان فشار و سرعت ……………………………………………………………………….. ١٠٢

۵- فصل پنجم: شبکهبندی ورونوی ………………………………………………….. ١٠٩

۵-١- پیشگفتار ………………………………………………………………………………………………… ١٠٩
۵-٢- انواع شبکهبندی ………………………………………………………………………………………….109
۵-٢-١ – شبکهبندی ساختاریافته ……………………………………………………………………………..110
۵-٢-٢ – شبکهبندی ساختارنیافته …………………………………………………………………………….111
۵-٢-٣ – شکل المانها ………………………………………………………………………………………….112
۵-٣- شبکهبندی ورونوی ………………………………………………………………………………………113
۵-٣-١ – الگوریتمهای ایجاد شبکهبندی ورونوی …………………………………………………………….114
۵-۴- مثلثبندی دلاینی ………………………………………………………………………………………… ١١۵
۵-۴-١ – الگوریتمهای ایجاد مثلثبندی دلاینی ……………………………………………………………….. ١١٨
۵-۵- ارتباط شکبهبندی ورونوی و مثلثبندی دلاینی ……………………………………………………….. ١٢٢
۵-۵-١ – تبدیل شبکهبندی ورونوی به مثلثبندی دلاینی ……………………………………………………..122
۵-۵-٢ – تبدیل مثلثبندی دلاینی به شبکهبندی ورونوی ……………………………………………………..122
۵-۶- کاربردهای مختلف شبکهبندی ورونوی ………………………………………………………………..124
۵-٧- معایب شبکهبندی ورونوی ……………………………………………………………………………..125

۶- فصل ششم: گسستهسازی معادلات حاکم بر جریان در شبکهبندی ورونوی ………………………………………………………………………………………………. ١٢٧

۶-١- گسستهسازی ناحیۀ مورد بررسی …………………………………………………………………….127
۶-٢- گسستهسازی معادلات حاکم …………………………………………………………………………..128
12 ۶-٢-١ – گسستهسازی معادلۀ پیوستگی ………………………………………………………………..129
۶-٢-٢ – گسستهسازی معادلۀ ناویر – استوکس …………………………………………………………… ١٣٣
۶-٢-٣ – معادلۀ گسستۀ با طرح روبه بالادست …………………………………………………………….. ١٣۵
۶-٢-۴ – معادلۀ گسستۀ عمومی ……………………………………………………………………………. ١٣٧

7- فصل هفتم: طراحی کد FDC در محیط MATLAB …………………………… ١۵۴

7-1- گسستهسازی ناحیه در GAMBIT ……………………………………………………………………. ١۵۵
7-2- زیربرنامۀ main …………………………………………………………………………………………… ١۵۶
7-2-1 – زیربرنامۀ d_cal ………………………………………………………………………………………. ١۵۶
7-2-2 – زیربرنامۀ p_cal ……………………………………………………………………………………… ١۵٧
7-2-3 – زیربرنامۀ m_cal ……………………………………………………………………………………… ١۵٨

8- فصل هشتم: مطالعه موردی …………………………………………………… ١۶٢

8-1- بررسی انتشار …………………………………………………………………………………………. ١۶٢
8-1-1 – بررسی تأثیر ترتیبهای مختلف حل بر نتایج روش حل گوس – سیدل ………………………… ١۶٣
8-1-2 – بررسی تأثیر ترتیبهای مختلف حل بر نتایج روش حل Line-by-Line …………………………. ١۶۵
8-2- بررسی همرفت – انتشار …………………………………………………………………………….. ١۶٧
8-2-1 – بررسی جریان روی سرریز پلکانی ………………………………………………………………. ١۶٧
8-2-2 – بررسی جریان روی یک پله ………………………………………………………………………. ١٧۶

3

فصل نهم: نتیجه گیری و پیشنهادات ……………………………………….. ١٨۴

9-1- تحلیل نتایج حاصل از مطالعات موردی …………………………………………………………….. ١٨۴
9-1-1 – تحیل نتایج حاصل از بررسی تأثیر ترتیبهای مختلف حل بر نتایج روش حل گوس – سیدل ………………………………………………………………………………………………………………… ١٨۴
9-1-2 – تحیل نتایج حاصل از بررسی تأثیر ترتیبهای مختلف حل بر نتایج روش حل Line-by-Line … ١٨۵
9-1-3 – تحیل نتایج حاصل از بررسی جریان روی سرریز پلکانی ………………………………………. ١٨۶
٩-١-۴ – تحیل نتایج حاصل از بررسی جریان روی یک پله ………………………………………………. ١٨٩
9-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………… ١٩١

منابع و مأخذ …………………………………………………………………………………………………… ١٩٣

فهرست منابع لاتین ………………………………………………………………………………………….. ١٩۴
چکیدۀ انگلیسی ………………………………………………………………………………………………. ١٩٨

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست جدولها
جدول ٢-١ سدهای دارای سرریز پلکانی……………………………………………………………………..١۶

جدول ٢-٢ تاریخچه فعالیتهای انجام گرفته در زمینۀ سرریز پلکانی ………………………………………..٢١

جدول ۴-١ تابع برای طرحهای مختلف ………………………………………………………………………….٩١

جدول ٨-١ مقادیر عدم بالانس جرم در ناحیۀ مورد مطالعه ………………………………………………… ١٧٢

جدول ٨-٢ مقادیر عدم بالانس جرم در ناحیۀ مورد مطالعه ………………………………………………… ١٧۵

جدول ٨-٣ مقادیر P-value (2-tailed) ………………………………………………………………………… ١٧۶

جدول ٨-۴ مقادیر عدم بالانس جرم در ناحیۀ مورد مطالعه ………………………………………………….179

جدول ٨-۵ مقادیر عدم بالانس جرم در ناحیۀ مورد مطالعه ………………………………………………… ١٨١

فهرست شکلها

شکل ٢ -١ سرریز پلکانی سد آپیوها ………………………………………………………………………….١۴

شکل ٢ -٢ سرریز پلکانی گامبیونی در برزیل………………………………………………………………….١۵

شکل ٢ -٣ نمونه ای از مدل آزمایشگاهی سرریز پلکانی ……………………………………………………١۶

شکل ٢ -۴ جریان ریزشی ……………………………………………………………………………………….١٨

شکل ٢ -۵ جریان غیرریزشی ……………………………………………………………………………………١٨

شکل ٢ -۶ جریان انتقالی …………………………………………………………………………………………١٨

شکل ٢ -٧ نمونه ای از مدل عددی سرریز پلکانی ……………………………………………………………٢٠

شکل ٣ -١ الف) تحلیل دیفرانسیلی دیش ماهواره ب) تحلیل حجم کنترلی دیش ماهواره ………………٢٣

شکل ٣ -٢ حجم کنترلی بسیار کوچک با ابعاد دیفرانسیلی dy ،dx و dz …………………………………..٢٧

شکل ٣ -٣ دبی جرمی هر رویه از حجم کنترلی ………………………………………………………………..٢٨

شکل ٣ -۴ θ ،r ومؤلفه های سرعت و در مختصات استوانه ای ……………………………………………..٣١

شکل ٣ -۵ مؤلفه های مثبت تانسور تنش روی سطوح مثبت در مختصات کارتزین …………………………٣۴

شکل ٣ -۶ شار مؤلفۀ x مومنتم ورودی و خروجی در مرکز شش وجه حجم کنترلی ………………………٣٧

شکل ٣ -٧ مؤلفه های x نیروی حاصل از تأثیر اعضای مؤثر تانسور تنش روی سطوح حجم کنترلی ………..٣٨

شکل ٣ -٨ رفتار تغییر شکلی سیالات مختلف در اثر تنش برشی ……………………………………………….۴٣

شکل ۴ -١ حجم کنترلی برای گریدهای داخلی و مرزی ……………………………………………………………۶٨

شکل ۴ -٢ حجم کنترلی مربوط به گرید P ……………………………………………………………………………۶٨

شکل ۴ -٣ قسمتی از شبکۀ دوبعدی مورد استفاده برای گسستهسازی فضای دوبعدی …………………….٧۴

شکل ۴ -۴ یک المان در فضای سهبعدی و همسایه هایش ………………………………………………………٧۶

شکل ۴ -۵ حجم کنترلی حول گرید P ………………………………………………………………………………..٧٩

شکل ۴ -۶ طرح روبه بالادست برای جریان مثبت …………………………………………………………………….٨٢

شکل ۴ -٧ روش روبه بالادست برای جریان منفی …………………………………………………………………..٨٢

شکل ۴ -٨ حل دقیق برای مسألۀ همرفت – انتشار یکبعدی ………………………………………………………٨۵

شکل ۴ -٩ نمودار تغییرات ضریب با عدد پکلت …………………………………………………………………………٨٧

شکل ۴ -١٠ تابع برای طرحهای مختلف …………………………………………………………………………………٩١

شکل ۴ -١١ پیشبینی توسط طرحهای مختلف برای اعداد پکلت متفاوت ………………………………………….٩٢

شکل ۴ -١٢ میدان فشار (یا سرعت) شطرنجی دوبعدی ……………………………………………………………٩۶

شکل ۴ -١٣ محلهای جابجا شدۀ برای u و v (→ و ↑) و دیگر متغیرها ( ) ………………………………………..٩٩

شکل ۴ -۴١ حجم کنترلی برای محاسبۀ مؤلفۀ سرعت u حجم کنترلی برای محاسبۀ مؤلفۀ سرعت v ……..٩٩

شکل ۴ -۵١ شبکهبندی دوبعدی و نحوۀ ذخیرۀ متغیرها در روش شبکه جابجا نشده …………………………… ١٠٠

شکل ۵ -١ شبکهبندیهای دوبعدی و ساختاریافته …………………………………………………………………….. ١١٠

شکل ۵ -٢ شبکهبندیهای دوبعدی و ساختارنیافته ……………………………………………………………………. ١١١

شکل ۵ -٣ انواع المانهای مورد استفاده در شبکهبندی ……………………………………………………………… ١١١

شکل ۵ -۴ شبکهبندی ساختارنیافته ورونوی ………………………………………………………………………… ١١٢

شکل ۵ -۵ نحوه ایجاد شبکه بندی ورنوی با استفاده از روش گام به گام …………………………………………. ١١۴

شکل ۵ -۶ مثلثبندی دلاینی و شبکهبندی ورونوی …………………………………………………………………… ١١۶

شکل ۵ -٧ مثلث بندی دلاینی و شرط دایره ………………………………………………………………………….. ١١۶

شکل ۵ -٨ شرط دلاینی مبنی بر دوایر محیطی خالی ………………………………………………………………. ١١٧

شکل ۵ -٩ اختلاف کوچکترین زاویه با شش زاویۀ داخلی در مثلثبندی دلاینی ……………………………………. ١١٨

شکل ۵ -١٠ اضافه کردن گرید جدید به شبکۀ مثلثی دلاینی ………………………………………………………… ١١٩

شکل ۵ -١١ نقطۀ p باید به تمام نقاط فضای خالی دلاینی دید داشته باشد ولی پاره خط cd این شرط را نقض کرده
است ………………………………………………………………………………………………………………………… ١١٩

شکل ۵ -١٢ نقطۀ p با توجه به ارزیابی دلاینی برای مثلث abc مشکلی ایجاد نمینماید ………………………….. ١٢٠

شکل ۵ -١٣ چهارضلعی درنظر گرفته شده در فضای دوبعدی ……………………………………………………. ١٢٠

شکل ۵ -۴١ حجم درنظر گرفته شده در فضای سهبعدی ……………………………………………………………. ١٢٠

 

Abstract
Stepped spillways were used from long time ago and have been more employed in recent years because of advance in RCC stuff. To study the flow field over steppes spillway finite volume method could be used. Fist subject in numerical methods is domain discretization. This task could be done with various meshes, Voronoi tessellation that is an unstructured mesh could be occupied for this task. Voronoi tessellation has special criteria hence exhibit an excellent discrete model of continuum domain, nevertheless, this kind of meshes was occupied in few numerical investigations. In this study predominate equations of water flow over stepped spillway were discrete with finite volume method and Voronoi tessellation. A code named FDC has prepared in MATLAB 2008 software that could be coupled with GAMBIT software therefore has ability to model any geometry with Voronoi elements. Flow field characteristic of stepped spillway that was built with Gonzalez and Chanson in 2005 at the University of Queensland, has been investigated. Also flow characteristic over one step has calculated. To evaluate the result of FDC, FLUENT 6.0 software was used. Finally, results that have obtained from FDC code and FLUENT 6.0 software have been compared with nonparametric statistical test call Mann-Whitney U and SPSS 14.0 software. Comparison results and mean massimbalance in the domain have shown that discrete equations with Voronoi mesh have been correct and FDC code has worked perfect, precise and quick. In modeling of stepped spillway, however, results difference were statistically non-meaningful but FDC has obtained 2.1×10-5 mean mass-imbalance with 600 iteration and 2032 Voronoi elements however FLUENT 6.0 has obtained 5.3×10-5 mean massimbalance with 2500 iteration and 3692 triangular elements. Modeling of water flow over one step with FDC by 453 Voronoi elements and 500 iterations has shown two recirculation in step corner and has reduce mean mass-imbalance to 6.5×10-3 but FLUENT 6.0 with 804 triangular elements and 1400 iterations only could shown stronger recirculating flow and has obtained 2.0×10-3 mean massimbalance, 30 times of same value in FDC result.



مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25000تومان

خرید فایل word

قیمت 35000تومان